Odlewanie ciśnieniowe

Poniżej znajduje się lista pięciu najważniejszych branż, które w dużym stopniu czerpią korzyści z zastosowania części odlewanych ciśnieniowo:
Przemysł motoryzacyjny
Największym odbiorcą elementów odlewanych ciśnieniowo jest branża motoryzacyjna. Przewiduje się, że do 2026 r. osiągnie wartość rynkową na poziomie 58,4 miliarda dolarów, przy złożonej rocznej stopie wzrostu (CAGR) na poziomie ponad 6,19%. Kluczowe komponenty, takie jak bloki silnika wykonane z żeliwa lub stopu aluminium, zapewniają wytrzymałość i efektywne przenoszenie ciepła wymagane w pojazdach o wysokich osiągach.
Przemysł budowlany
Części odlewane ciśnieniowo są szeroko stosowane w budownictwie ze względu na ich wytrzymałość i lekkość. Odlewy aluminiowe z metalu są wykorzystywane w ramach okiennych, nadbudówkach dachowych, ramach budynków, mostach i drapaczach chmur. Elementy te zapewniają trwałość przy jednoczesnym zmniejszeniu ciężaru konstrukcji.
Branża opieki zdrowotnej
W branży opieki zdrowotnej złożone urządzenia medyczne opierają się na precyzyjnych, odlewanych częściach, zapewniających wydajność i elastyczność. Systemy ultradźwiękowe, rozruszniki serca, sprzęt do dializy i roboty medyczne wymagają skomplikowanych komponentów, które można wydajnie wytwarzać poprzez odlewanie ciśnieniowe.
Sektor energetyczny
Elementy odlewane ciśnieniowo są wykorzystywane w różnych zastosowaniach w sektorze energii odnawialnej. Rurociągi, maszyny wiertnicze, zawory, wirniki turbin wiatrowych i wsporniki paneli słonecznych to przykłady części wykonanych w procesie odlewania ciśnieniowego. Komponenty te zapewniają wytrzymałość i trwałość, jednocześnie zaspokajając zapotrzebowanie na zrównoważone źródła energii.
Przemysł elektroniczny
Przemysł elektroniczny szeroko wykorzystuje odlewane ciśnieniowo precyzyjne części w produktach takich jak obudowy stacji bazowych 5G, smartfony, drony, komputery osobiste i sprzęt gospodarstwa domowego. Wysoka precyzja osiągana dzięki odlewaniu ciśnieniowemu zapewnia niezawodne działanie i trwałość tych urządzeń elektronicznych.

Istnieje wiele stopów i metali, które można wykorzystać w procesie odlewania ciśnieniowego. Rodzaj użytego metalu wpływa na końcową charakterystykę wytwarzanych produktów, a produkty te mają różnorodne zastosowania i zastosowania. Najczęściej stosowanymi metalami w tym procesie są cynk, aluminium i magnez. Chociaż istnieje kilka innych opcji, takich jak miedź, ołów, mosiądz i cyna, są one mniej powszechne i są używane tylko w określonych projektach.

Odlew aluminiowy
Aluminium jest bardzo popularnym metalem do odlewania ciśnieniowego. Aluminium jest dość lekkim metalem, który idealnie nadaje się do produkcji lekkich elementów o dobrej wytrzymałości. Aluminium jest również w stanie wytrzymać wysokie temperatury i ma więcej opcji wykończenia. Aluminium jest również łatwe w odlewaniu i ma optymalną przewodność cieplną i elektryczną. Wszystkie te cechy razem sprawiają, że odlewy ciśnieniowe aluminium są bardzo dobrym wyborem do produkcji części odpowiednio w przemyśle technologicznym, energetycznym, samochodowym i lotniczym.

Odlew cynkowy
Cynk jest również porównywalny z aluminium pod względem popularności. Stosowany jest głównie do produkcji podzespołów samochodowych i sprzętu medycznego. Cynk ma bardzo wyraźny wygląd estetyczny, a odlewy ciśnieniowe ze stopów cynku doskonale nadają się do produkcji części wymagających ostrego wyglądu. Elementy cynkowe mają również gładkie powierzchnie i mogą być platerowane lub malowane zgodnie z określonymi potrzebami.
Cynk ma również niską temperaturę topnienia i wymaga mniejszego zapotrzebowania na energię podczas produkcji komponentów, a jednocześnie wydłuża ogólną żywotność formy używanej do kształtowania produktów, co w rezultacie zwiększa wartość całego procesu. Cynk ma również wysoką odporność na korozję i jest uważany za bardzo trwały, stabilny i mocny.

Odlew magnezowy
Spośród trzech najpopularniejszych metali magnez zapewnia największą łatwość obróbki. Niesamowity stosunek wytrzymałości do masy w połączeniu z lekkością sprawia, że ​​jest to najłatwiejszy stop powszechnie stosowany w odlewnictwie ciśnieniowym. Zalety stosowania magnezu obejmują lepszą lejność, odporność na porowatość wodorową i doskonałą płynność w porównaniu do jego odpowiedników aluminiowych i miedzianych.
Metal jest również znany ze swojej odporności na zakłócenia EMI (zakłócenia elektromagnetyczne) i RFI (zakłócenia częstotliwości radiowych), co czyni go idealnym wyborem do komponentów i złączy elektrycznych. Dzięki tym właściwościom magnezowy metal odlewniczy stosowany jest także w produkcji sprzętu laboratoryjnego i medycznego. Co więcej, magnez jest o około 75% lżejszy od stali, a jednocześnie ma podobną wytrzymałość i doskonałą stabilność wymiarową, co czyni go dobrym wyborem do złożonych zastosowań związanych z odlewaniem kształtów siatkowych i cienkościennych.

Odlewanie ciśnieniowe obejmuje kilka odrębnych procesów w ramach tego ogólnego terminu, ale ma trzy główne procesy podrzędne, którymi są trwałe odlewanie w formie, znane również jako odlewanie ciśnieniowe, odlewanie ciśnieniowe pod niskim ciśnieniem i odlewanie ciśnieniowe pod wysokim ciśnieniem. Klasyfikacja ta opiera się głównie na różnym ciśnieniu stosowanym w procesie odlewania ciśnieniowego, aby wymusić przepływ stopionego metalu do wnęki matrycy. Ponadto wraz z rozwojem technologii odlewania i nauk o materiałach w gałęziach przemysłu pojawiają się również warianty procesu odlewania ciśnieniowego, mające na celu wytwarzanie odrębnych i unikalnych elementów i konstrukcji odlewniczych.

Trwałe odlewanie w formie
Odlewanie w formie trwałej, zwane także odlewaniem ciśnieniowym, to proces odlewania ciśnieniowego, w którym wykorzystuje się formę wielokrotnego użytku, tak zwaną formę stałą, zazwyczaj wykonaną z metalowych materiałów narzędziowych. W tym procesie odlewania ciężar roztopionego metalu jest na ogół ważną siłą powodującą przepływ roztopionego metalu, a krzepnięcie roztopionych metali zachodzi pod ciśnieniem atmosferycznym.
Jednak w innych procesach odlewania ciśnieniowego, takich jak proces odlewania odśrodkowego, siła odśrodkowa jest celowo zaprojektowana tak, aby ułatwić przepływ stopionego metalu do złożonej wnęki. W procesie wyciskania krzepnięcie zachodzi pod zewnętrznym ciśnieniem, tak że proces łączy w sobie zalety odlewania i kucia pod względem jakości produktu, właściwości i wydajności procesu wytwarzania wysokiej jakości części.

Odlewanie pod niskim ciśnieniem
W procesie niskociśnieniowego odlewania ciśnieniowego (LPDC) stopiony metal wymuszany jest przepływem wspomaganym powietrzem pod niskim ciśnieniem w zakresie ciśnień 20–100 kPa. W tym procesie matryca odlewnicza jest instalowana nad szczelnym piecem zawierającym stopiony metal. Rura wznośna wyłożona materiałem ogniotrwałym rozciąga się od dna formy do jeziorka stopionego metalu, a powietrze o niskim ciśnieniu jest wykorzystywane do napędzania stopionego metalu w piecu, aby unieść rurę i wejść do wnęki formy z niską turbulencją.
Po zestaleniu roztopionego metalu ciśnienie powietrza zostaje zwolnione, a pozostały stopiony metal w rurze wznośnej opada z powrotem do pieca, po czym następuje otwarcie matrycy i ekstrakcja odlewu po wystarczającym ochłodzeniu i zestaleniu. Typowym zastosowaniem tego procesu jest wytwarzanie osiowo symetrycznych części, takich jak koła samochodowe. Do głównych zalet należy precyzyjna kontrola wypełnienia wnęki matrycy, szybki i płynny przepływ stopionego metalu przez przewody zasilające, ograniczenie tworzenia się tlenków i zapobieganie porowatości odlewów. Do głównych wad w porównaniu z odlewaniem pod wysokim ciśnieniem zalicza się dłuższy cykl odlewania i stosunkowo grubszą ściankę odlewu, jaką można wykonać.

Odlewanie pod wysokim ciśnieniem
Odlewanie ciśnieniowe (HPDC) to proces odlewania, podczas którego stopiony metal wlewany do tulei śrutowej w maszynie odlewniczej jest szybko wtryskiwany do uszczelnionej wnęki matrycy pod ciśnieniem wywołanym szybkim ruchem tłoka lub tzw. tłoka wzdłuż tuleja śrutowa wewnątrz maszyny odlewniczej.
Zastosowane ciśnienie może typowo wynosić ponad 7 MPa. Ponieważ ciśnienie jest stosunkowo wysokie, a prędkość płynnego metalu wpływającego do wnęki matrycy jest również duża, czas napełniania całego procesu odlewania jest odpowiednio krótki, zwykle trwa ułamek sekundy, na przykład mniej niż 100 ms. Po wypełnieniu wnęki matrycy, tłok wtryskowy nadal wywiera ciśnienie, tak że w procesie krzepnięcia występuje jednocześnie faza intensyfikacji. W tej fazie gazy uwięzione w metalu podczas niezwykle szybkiego i turbulentnego procesu wypełniania wnęki mogą zostać wyciśnięte. Tymczasem skurcz zestalonego metalu można częściowo skompensować, ponieważ do wnęki matrycy wpycha się więcej metali. Obecnie istnieją różne formy HPDC, takie jak odlewanie próżniowe, odlewanie w stanie ciekłym i odlewanie półstałe itp.
HPDC jest szeroko stosowany do wytwarzania różnych elementów konstrukcyjnych, takich jak blok silnika, przy użyciu stopów lekkich, w tym stopów aluminium i magnezu. Do głównych zalet zalicza się krótszy cykl odlewania, odpowiedni do elementów cienkościennych oraz dobrą jakość powierzchni odlewów. Jednakże istnieją również pewne wady, takie jak wysokie koszty inwestycyjne i operacyjne, skomplikowana i kosztowna matryca oraz niska wytrzymałość odlewów. Głównymi materiałami używanymi w tym procesie odlewania ciśnieniowego są stopy aluminium, cynku, magnezu i miedzi.